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绿色节能建筑构造设计探讨
摘要:绿色建筑以其节能、低碳环保的特点逐渐受到社会广泛关注,本文从绿色建筑的定义、绿色建筑的设计原则、绿色建筑材料、绿色建筑的设计要点等方面对绿色建筑进行探讨和总结。
引言
在全球气候变化的大背景下,极端天气频发,环境问题日益严峻,如何实现低碳减排、保护生态环境已成为全球共识。据联合国环境规划署发布的《2021年排放差距报告》显示,建筑行业所产生的碳排放量占全球总量的39%,其中运行排放量占28%,材料和建造过程中的隐含碳排放量占11%。这一触目惊心的数据向我们展示了建筑行业在节能减排上的巨大潜力。而绿色建筑的出现为建筑行业的节能减排提供了方向。
绿色建筑的核心在于“绿色”,这并不仅仅指的是外观的绿化,而是指建筑的全生命周期中对环境的影响最小化。从设计初期,我们就应考虑到材料的选择、能源的利用以及废物的处理等方面,力求在整个过程中实现资源的最大化利用和最小化消耗。
一、绿色建筑概述
绿色建筑,是一种环保与效能并重的建筑设计理念。它倡导在建筑物的规划、设计、建造及运营全过程中,最大限度地节约资源、保护环境、减少污染。通过采用高效的能源系统,利用太阳能、雨水收集等自然能源,降低能耗。同时,采用环保材料,优化建筑结构以改善保温隔热性能,实现建筑与自然的和谐共生。绿色节能建筑,不仅是科技进步的体现,更是我们对可持续未来的生活方式选择。
二、绿色建筑构造设计原则
绿色建筑设计不仅能够降低建筑对环境的影响,还能提升居住者的生活质量,是实现可持续发展的重要途径。
1.生态优先原则:强调在设计过程中优先考虑生态环境保护。具体体现在选用环保材料,减少对环境的污染,提高材料的循环利用率。建筑要融入周围环境,创造生态友好的景观,提升生物多样性。
2.能源节约原则:采用高效的能源系统和设备,减少能源消耗,提高能源使用效率。合理利用和回收雨水,减少对地下水和市政供水的依赖。利用自然光和自然风,减少对人工照明和空调的依赖。
3.健康舒适原则:关注室内空气质量,提供健康的居住和工作环境。实现建筑的自动调节和管理,提高舒适度和效率。
4.可持续性:考虑建筑的全生命周期,从设计、建造到使用和拆除,确保建筑的长期可持续性。首先,它们通过优化能源使用,减少对化石燃料的依赖,从而降低温室气体排放,对抗全球气候变化。其次,绿色建筑采用可持续材料和设计,减少资源消耗和废物产生,保护生态环境。此外,它们通常具备更好的室内空气质量和自然光照,提升居住者的健康和舒适度。最后,节能建筑有助于降低长期运营成本,促进经济的可持续发展。
三、绿色建筑技术
(一)绿色建筑材料的使用
重视可再生和环保材料的使用,例如,使用竹材、再生木材和生物基塑料等可再生材料,这些材料来源于快速生长的植物,具有较低的碳足迹。利用保温材料通过减少热量的流失,降低建筑物的供暖和制冷需求,从而节约能源。绿色混凝土则通过使用工业废料如矿渣和粉煤灰替代部分水泥,减少生产过程中的二氧化碳排放,同时保持或提高混凝土的性能,此外,环保材料如回收钢材和玻璃,不仅减少了对新资源的需求,还减少了废物填埋。
(二)绿色建筑设计技术
1.被动式建筑设计要求
建筑设计应充分利用自然光、风力等自然资源,减少对传统能源的依赖。例如,通过合理的布局和窗户设计,使建筑物能充分利用阳光,减少人工照明的能耗需求;墙体、屋顶等外围护要加厚,门窗为用多层玻璃真空,减少热传导,降低能量损失;新风系统热交换;杜绝冷热桥效应;充分利用太阳能。
绿色建筑应注重水资源的保护和循环利用。雨水收集系统、废水回用系统等都是有效的节水措施。同时,屋顶和墙面绿色植被不仅能美化建筑,还能减少雨水径流,缓解城市热岛效应,提高城市的生态环境质量。然后,绿色建筑还需要关注其对社区和居民的影响。设计公共绿地,增加人际交往空间,促进社区活力;同时,通过良好的声学设计,减少噪音污染,为居民创造宁静的生活环境。
最后,绿色建筑的设计应具备适应性和可更新性。随着科技的进步和社会需求的变化,建筑应能灵活调整,以满足未来的需求。这就需要我们在设计时留有足够的“灵活性”和“可扩展性”。
2.被动式建筑设计要点
(1)被动房门窗设计要点
性能要求:玻璃的传热系数应满足K≤0.8W/(M2.K),太阳能总透射比G≥0.35,选择性系数S应满足S=TL/g≥1.25,其中TL是可见光透射比。Low-E中空玻璃或真空玻璃等材料可以满足这些要求。外门窗应具有良好的气密、水密和抗风压性能,气密性等级不应低于8级、水密性等级不应低于6级、抗风压性能等级不应低于9级[1]。
型材要求:外门窗框的型材传热系数K应符合K≤1.3W/(m2·K)的规定,通常使用木材或塑料型材。应采用三道耐久性良好的密封材料密封,以避免冬季室内一侧结露或丧失被动房应有的室内环境温度。应使用耐久性良好的暖边间隔条,避免使用铝制间隔条,因为它们可能导致室内结露[2]。
安装要求:,被动房外窗一般安装在外墙外侧。外窗与墙体的连接应有密封胶、防水隔气膜和防水透气膜组成的完整密封系统
构造要求:使用双层或三层中空玻璃,以提高隔热性能。中空层内可以填充惰性气体,如氩气或氪气,以进一步提高隔热效果,窗框设计要避免过多的分隔和随意的尺寸,以保持整窗性能和尺寸的标准性,易于确保玻璃的更换。窗外可以增加可调节的百叶,既可以遮阳隔热还可以根据需要调光线。
(2)被动房墙体设计要点
被动房外墙设计要求主要关注于提高建筑的保温隔热性能、气密性以及整体热工性能,以下是一些关键的设计要点:
保温隔热性能:外墙和屋顶的保温隔热性能要好,以减少通过外围护结构的能量损失。保温层的厚度应达到一定标准,比如严寒地区墙体厚度要求达到>500mm(其中保温层200~250mm)[3]。屋顶保温层厚度要满足要求,外墙的传热系数(U值)应控制在0.15W/(m²·K)以内,以确保房屋在冬季能够依靠自然得热维持室内温度在20度以上。被动房的外墙材料和构造应具有耐久性,以保证长期的节能效果和建筑质量。
气密性和无热桥设计:被动房的气密性要求非常严格,N50(室内外压差50Pa时的每小时换气次数)应小于或等于0.6次/小时,以减少热量的无谓损失。外墙保温应连续完整,避免结构性热桥的出现。外墙宜采用外墙外保温系统,并对外保温系统中的联结锚栓进行热桥阻断处理。
太阳能利用:房屋的主朝向宜为南向,以便更好地利用太阳能。太阳能可以安装于屋顶也可以安装于南向或西向墙面外。屋面可以安装太阳能系统,有两大作用:可以利用于太阳能热水器,还可以用于冬季的地板采暖。另外地下设施可以利用太阳光导系统满足日间照明要求
(3)新风系统设计要点
被动式房屋的新风系统设计要点主要包括以下几个方面要求:
基本参数要求:新风量按照人均30m³/h计算,同时考虑最小换气次数法,取两者的最大值,并满足卫生设施的排风需求。热回收效率不应低于75%,以降低通风系统的热损失,提高新风温度,增加室内舒适度。新风系统的电力需求应控制在合理范围内,例如,通风系统的电力需求应不超过0.45Wh/m³。冬季室内送风口出风温度不宜低于16℃,以保证室内的热舒适性。PM2.5净化效率净化效率应达到95%以上,以保证室内空气质量。采用机械送风、机械排风时,排风量应为新风量的90%~100%,确保新风量不小于排风量。
设计施工要求:新风系统设计应采取设计与施工一体化模式,协调多专业共同参与,优化设计,合理安排进度和资源配置。新风系统宜采用智能控制,具备湿度、温度、PM2.5、二氧化碳浓度等运行参数和设备状态自动显示功能、自动调节控制功能。室外新风入口处不能太靠近地面,应保证清洁,不受恶劣天气影响,且远离污染源,如垃圾箱或化粪池附近。严寒地区不宜采用户式新风热泵一体式机组,特别是当冬季室外采暖计算温度低于-15℃时。
通过这些设计要点,被动式房屋的新风系统能够提供高质量的室内空气环境,同时实现高效能源利用和节能目标。通过这些设计要求,被动房能够在显著提高室内环境舒适性的同时,大幅度减少建筑使用能耗,降低对主动式机械采暖和制冷系统的依赖。
(三)其它绿色建筑设计技术
(1)构建外墙通风通道
构建双层幕墙或幕墙和外墙之间的通风通道,在底层或地下室外设置进风口,幕墙构造上部设置出风口,这样在夏季形成外墙的空气对流,降低外墙的温度。冬季只需要关闭进出风口,则通风通道成为保温空气层。
(2)结合地热系统进行绿色建筑设计
地热供暖是利用地球内部的热能,通过一定的技术手段,将热量传递到地面以供室内供暖。这种供暖方式具有清洁、高效、稳定的特点。地热供暖系统主要包括热源、热传输和热分配三个部分。热源通常采用地热井或地热田,通过钻井将地下的热能提取出来。热传输则通过循环水泵和管道将热量输送到用户端。热分配则是通过室内供暖系统将热量散发到室内。
夏季地表温度30℃以上时,地表以下5至10米的地层温度就不随室外大气温度的变化而变化,常年维持在15至17℃。在节能设计中通过循环管道和水泵,将低温水通过盘管送到室内地板下进行制冷。这种地冷方式具有清洁、高效、稳定的特点。冬季地面温度低于5℃时,则可以通过地下水作为取暖用的热水热媒,利用地下水可以减少加热热媒需要的能量。
结语
总的来说,绿色节能建筑设计是一项系统工程,它要求我们从全局出发,兼顾环境、经济和社会效益,以人为本,以地球的未来为考量。只有这样,我们的建筑才能真正成为人类和自然和谐共存的载体,为实现可持续发展贡献一份力量。让我们携手共进,用智慧和创新,绘制绿色建筑的未来蓝图。
参考文献:
[1]苑广普,矫立超,戎贤,等.高速公路服务区被动式超低能耗建筑实践研究[J].建筑节能,2019,47(01):82-87.
[2]周佩杰.被动式超低能耗绿色建筑所用外门窗的无热桥设计与施工[J].门窗,2016,(11):11-15.

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